塑性金屬應用於具自供電/無線傳輸之穿戴式壓力感測器研製

摩擦起電器是藉由簡單的物理性接觸，將機械能轉換為電能輸出。然而，目前多數的摩擦起電器主要是使用金屬與ITO薄膜作為電極材料，這些材料的可撓性較差使得摩擦起電器的應用受到侷限，故本論文使用市售的導電布料當作電極，並使用平滑、粗糙、多孔與含有氧化石墨烯等四種PDMS作為摩擦層，實現製作簡單、低成本、高可撓性、高穩定性，且尺寸為70×50 mm2的單電極式布基摩擦起電元件。研究結果顯示使用含有GO之PDMS (GO@PDMS)作為摩擦層的元件，透過SF6電漿進行表面改質處理，具有最佳的開路電壓與短路電流輸出，分別為140.37 V與2.57 μA。此外，也發現加厚摩擦層會使接觸時之表面積有一定程度的增加，但是約到1.6 mm時能增加的接觸面積已趨近飽和，而在持續增加厚度的情況下，輸出性能反而會呈現降低的趨勢。此外，也針對元件的作動頻率與施力大小對輸出性能進行探討，發現作動頻率越高對於輸出電流有較明顯的提升，而作動元件之外力逐漸增加也能使輸出提升，但當施力達6 N以上輸出會趨近穩定。最後，本研究也評估負載電阻對輸出電壓與輸出電流的影響，並進一步得知當負載電阻為50 MΩ時，可得到的最大功率為130.5 μW。此外，經由耐久性與耐洗性的測試，證實本論文發展的元件之性能極為穩定，並藉由元件之柔軟與舒適的特點，將其整合至衣服、鞋子與褲子，以獲取運動過程中所產生的能量，藉由不同的動作獲取機械能，而得到相對應的輸出電壓與波形，並藉由波型的特徵來判斷動作形態，故可達到動作感測的應用。最後，用手拍打元件可將180顆串聯的綠光LED燈泡點亮，也使用橋式整流電路並聯電容器，再將其充電，透過按鍵開關將能量用來驅動LED燈，證明本研究之元件確實可以當作微型發電機來使用。另外，為了達成無線傳輸與感測的應用，也透過藍芽無線模組與兩個反向放大器，將布基摩擦起電元件所感測到的電壓訊號經過訊號處理後，可無線傳至電腦或手機APP 中並顯示即時的波形，證明其未來可應用於具無線傳輸功能的感測領域。